JP2013025924A - ランプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】LED15を実装したLED基板16と、当該LED基板16を載置した平板部としてのベース板13と、前記ベース板13の裏面13Aから延びて終端2Aに口金3が設けられた筒状部としての胴体部2と、を備えたLEDランプ1において、前記ベース板13の裏面13Aに、前記胴体部2に沿って延びる複数の放熱フィン25を備え、前記放熱フィン25のそれぞれと前記胴体部2との間に、前記放熱フィン25のフィン根元部25Bからフィン先端25Aに亘り隙間を設けた。
【選択図】図6
Description
また、この種のLEDランプでは、平円板及び胴体部を熱伝導性材で形成するとともに、当該胴体部には多数の放熱フィンを設けた放熱構造が一般的に採用されている。かかる放熱構造を備えることで、高出力なLEDが搭載可能になっている。
このため、塗布回数が増えて高コスト化を招く、という問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、塗料等の塗布が容易なランプを提供することを目的とする。
なお、以下の実施形態では、発光素子を光源に備えるランプとして、LEDを光源に備えたLEDランプを例示するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば有機EL等の他の発光素子を光源に備えるランプにも適用可能である。
図1は、本実施形態に係るLEDランプ1を備えたLEDランプ装置95を示す図である。
同図に示すLEDランプ装置95は、屋外の看板照明等に用いられる屋外設置型の照明器具であり、LEDランプ1と、LEDランプ1が装着されるランプホルダー60と、LEDランプ1に取り付けられた環状防水パッキン70とを備えている。
ランプホルダー60は、既存の電球を装着可能なホルダーであり、LEDランプ1は、既存の電球と形状及び光学特性が略同じになるように構成され、既存の電球の代わりにランプホルダー60に装着して使用可能となっている。
ホルダー筐体62の先端60Bは、既存の電球を装着したときに当該電球のガラス球の表面に図示せぬ防水パッキンを挟んで隙間無く係合する径で開口し、電球装着時には、当該開口縁部66からの水の浸入が防止されている。なお、同図において、ホルダー筐体62の先端60Bに設けられた突起68は、LEDランプ1、或いは既存の電球を覆って保護する網状のガード部材(図示せず)を固定するための部材である。
環状防水パッキン70は、ゴム成型部材であり、LEDランプ1の胴体部2(後述)に着脱自在に装着され、LEDランプ1をランプホルダー60に装着したときにランプホルダー60の開口を塞ぎ、ランプホルダー60とLEDランプ1の隙間からの水の侵入を防止する。
なお、環状防水パッキン70は、ランプホルダー60への水の浸入防止を目的に使用されるため、例えば屋内に設置されたランプホルダー60、或いは、外部に露出したソケットにLEDランプ1を装着して使用する場合など、防水が不要な場合には、環状防水パッキン70を装着する必要はない。ただし、屋内使用時に環状防水パッキン70を装着することで、ほこり等の侵入を防止できる。
図2は本実施形態に係るLEDランプ1の外観構成を示す斜視図であり、図2(A)は上方からみた外観斜視図、図2(B)は下方からみた外観斜視図である。また、図3はLEDランプ1の外観構成を示す図であり、図3(A)は平面図、図3(B)は側面図、図3(C)は底面図である。図4はLEDランプ1を分解して示す上方斜視図であり、図5はLEDランプ1を分解して示す下方斜視図である。また図6は、図3(B)のI−I線における断面図である。
発光部12は、上面12Aの略全体から上方に向けて光を放射するものであり、図4に示すように、光源たる複数のLED15と、これらのLED15を実装した平面視略円形のLED基板16と、ビームランプ用光学部品46と、カバー22と、胴体部2の先端2Cに一体に設けられた平板部としてのベース板13とを備えている。
これらベース板13、及び胴体部2は同一の材料、すなわち熱伝導性樹脂材から金型を用いた樹脂成型によって一体に成型されており、これらベース板13、胴体部2、及び後述の絶縁筒部10により、LEDランプ1の筐体35が構成されている。
LED基板16は、図4、及び図5に示すように、略円板状に形成され、上面たる表面に複数のLED15が実装され、図4〜図6に示すように、ベース板13の上面にネジ18によりネジ止め固定されている。
カバー22には、図示を省略するが、LEDランプ1の銘番を内面に印刷や刻印等で設けている。これにより、LEDランプ1が風雨に晒されても銘板が消えることがなく、また擦れによって消えたりすることもない。
そこで本実施形態では、LED基板16に電気的絶縁性を有する樹脂基板を用い、その厚みを、いわゆる2重絶縁構造と同じ絶縁性能が得られる程度の厚みとし、高い絶縁性能を実現している。
ただし、樹脂材から成るLED基板16は、何ら対策を施さなければ、金属基板に比べて放熱性能が低いために、光出力の高出力化の妨げになる。
そこで本実施形態においては、LED基板16の表裏面のそれぞれを放熱層としての銅箔で覆うことでLED基板16の放熱性を高めることとしている。
すなわち、LED実装面では、図3及び図4に示すように、銅箔83に放射状に複数のスリット84が形成されており、各スリット84によって銅箔83が複数の略扇形の導電エリア85に分割(区画)される。各スリット84は、導電エリア85の間の電気的な絶縁を得るに十分な幅を有し、各スリット84には、LED15の裏面に設けられた正極端子及び負極端子(不図示)をそれぞれ隣り合う導電エリア85に接続するようにスリット84を跨いでLED15が設けられている。また、これらの導電エリア85のうち、少なくとも、隣接する2つの導電エリア85は、それぞれ電気回路基板8の電源回路に電気的に接続されており、これにより、各LED15が、各導電エリア85によって直列に接続された直列回路が形成される。
特に、銅箔83にスリット84を放射状に設けたため、各導電エリア85が略扇形に形成されることとなり、各導電エリア85では径方向外側に向かうほど熱抵抗が小さくなることから、LED15の発熱を効率良く外側に伝達して拡散させることができる。
このとき、銅箔83に露出部16Aを設ける分だけ、放熱性能が低くなるものの、この露出部16Aには、ベース板13に載置固定されたLED基板16で押されて電気回路基板8を胴体部2の底部に押しつける後述の固定ブッシュ27が密着するように構成されている。この固定ブッシュ27には、胴体部2に密着する冷却用片27Aが一体に形成されており、露出部16Aの熱は、固定ブッシュ27の冷却用片27Aを通じて胴体部2に伝熱され、露出部16Aの過度な温度上昇を防止できる。
さらに、回路パターン80はLED15の直列回路に限らず、並列回路等の任意の回路とすることができる。
胴体部2の終端2Aには、口金3と胴体部2の絶縁を図るために、絶縁性を有する材料から形成された筒状の絶縁筒部10が設けられており、図6に示すように、この絶縁筒部10の終端10Aに上記口金3が冠着されている。電気回路基板8は、胴体部2から絶縁筒部10に亘って収められており、絶縁筒部10側の端部で図示せぬリード線を通じて口金3と電気的に接続されている。
シェル5と胴体部2とは、上述のように、絶縁筒部10によって電気的に絶縁されていることから、胴体部2の放熱性を高めるべく導電性を有する材料で構成しても、口金3のシェル5と胴体部2との間の絶縁が良好に維持される。
そこで本実施形態では、胴体部2の材料に熱伝導性樹脂を用いるとともに、絶縁筒部10の材料に絶縁性樹脂を用い、胴体部2及び絶縁筒部10をインサート成型により形成している。
そこで、図6に示すように、胴体部2の終端2Aには、胴体部2の径方向内側に突出する係合凸部2Bを形成するとともに、絶縁筒部10の開口端手前の外周面には、内面側に窪んだ環状の係合凹部10Bを形成し、また絶縁筒部10の開口端には胴体部2の内周面及び係合凸部2Bに当接する当接部10Cを形成している。
この係合凸部2Bが係合凹部10Bに係合するとともに当接部10Cが胴体部2に当接することで、胴体部2と絶縁筒部10との接合部が、いわゆるラビリンス状に構成され、また、この接合部の面積が大きくなって接合強度が高められている。このラビリンス状の構成により、胴体部2と絶縁筒部10との接合部に経年劣化によるひび割れ等によりインサート成型面に隙間が生じた場合でも防水性が維持され、LED15の寿命に見合った耐久性が得られる。
なお、胴体部2の終端2Aと絶縁筒部10の開口端(挿入端)との接合面の形状は、上記ラビリンス状に限らず、防水性と接合強度の向上が得られる形状であれば例えば楔状等の任意の形状とできる。
電気回路基板8は、図6に示すように、胴体部2の先端2Cから絶縁筒部10に亘る長さに形成され、また、図4、及び図5に示すように、胴体部2及び絶縁筒部10の内部形状に係合する形状を有して形成されている。
すなわち、胴体部2の上部直径R(図6)は、電気回路基板8の上部横幅と略同程度に形成されており、かかる電気回路基板8が胴体部2に挿入されると、絶縁筒部10の内部に形成された挟持部(図示せず)に電気回路基板8の下端が挟み込まれて電気回路基板8が胴体部2内に固定される。
絶縁シート28は、可撓性及び絶縁性を有する1枚のシートを帯状に形成したものであり、胴体部2への装着時には、かかる1枚の帯状シートに胴体部2の延在方向に沿って延びる凹部28C(図4)を折り曲げによって形成した後、帯状シートの両端同士を重ねるように環状に巻き、凹部28Cを胴体部2の内部の係合片(図示せず)に係合させながらベース板13の挿入開口14から挿入する。
胴体部2に挿入すると、絶縁シート28が巻き戻りによって拡がり、このときの巻き戻る力によって胴体部2の内側面を覆うように装着される。
このように、絶縁シート28を帯状に形成し、巻いた状態でベース板13の挿入開口14に挿入し、絶縁シート28の巻き戻りによって胴体部2の中に装着する構成としたため、胴体部2の内側面の全面を覆うように絶縁シート28を簡単に装着することができる。
また、電気回路基板8の発熱も固定ブッシュ27を介して胴体部2に伝熱され放熱される。
このように、絶縁シート28が高熱伝導性を有し、電気回路基板8の回路部品と絶縁シート28との間に、これらを熱的に繋ぐ熱伝導性部材たる冷却用片27Aを設けることで、電気回路基板8の絶縁性と放熱性との両方を高めることができる。
また固定ブッシュ27に冷却用片27Aを一体に形成しているため、電気回路基板8の固定と冷却とを簡単に行うことができる。
放熱フィン25は、それぞれ薄い板状であり、ベース板13の裏面からみて胴体部2の軸線を中心にして放射状に多数立設されている。これらの放熱フィン25は、根元部分であるフィン根元部25Bがベース板13の裏面13Aに繋がっており、これら放熱フィン25、胴体部2及びベース板13が上述の熱伝導性樹脂から金型を用いた樹脂成型により一体に形成されている。このように、ベース板13、及び放熱フィン25を一体成型することで、ベース板13と放熱フィン25の間の熱抵抗が抑えられ、放熱フィン25への伝熱量が増加して高い放熱性能が得られる。
各放熱フィン25のフィン先端25Aは、図6に示すように、水平(胴体部2の軸線に対して垂直)に形成されており、胴体部2に装着された環状防水パッキン70が当接する。
本実施形態では、胴体部2及びベース板13から放熱フィン25への熱伝導率が高くなるように熱伝導繊維を配向させることで、胴体部2の放熱能力を高めることとしている。かかる熱伝導繊維の配向は、樹脂射出成型時に樹脂を流す向きによって制御される。
筐体35は、上述の通り、樹脂成型によって製造されるが、ベース板13、放熱フィン25、及び胴体部2から成る部分に熱伝導性樹脂が用いられ、絶縁筒部10に絶縁性樹脂が用いられることから、筐体35の樹脂成型は二色成型、或いはインサート成型によって形成される。
この問題に対し、放熱フィン25をベース板13の裏面から切り離して隙間を設けることで、ある程度の解決にはなるが、この場合には、LED基板16の発熱を受けるベース板13の放熱性能が低下することから、LED15に高出力型のものを用いることができない。
すなわち、図6に示すように、全ての放熱フィン25と胴体部2との間に、ベース板13との繋ぎ箇所である放熱フィン25の根元部分であるフィン根元部25Bからフィン先端25Aに亘り、放熱フィン25と胴体部2を切り離す切離部91を設けることで、これら放熱フィン25と胴体部2との間に隙間を設けている。
さらに、切離部91を設けることで、筐体35の軽量化が図られ、また材料費を抑えることができる。またLEDランプ1の使用時には、放熱フィン25と胴体部2との間に雨水等が溜まることもない。
また、胴体部2から放熱フィン25を放射状に設ける従来構成においては、設置可能な放熱フィン25の枚数が胴体部2の外周長を、放熱フィン25のフィン根元部25Bの成型可能な最小厚みで除算して得られる枚数に制限されるが、放熱フィン25を胴体部2から切り離すことで、放熱フィン25の枚数をより多く設けることができ、放熱性能を高めることができる。
また、射出成型時に放熱フィン25に前記胴体部2からの材料の流れが無くなり、ベース板13から材料が流れ込むのみとなり、さらに本実施形態で用いる熱伝導性繊維を混入した樹脂の場合、成型時の樹脂の流れは混入しないものに比べ悪く、薄いフィン形状の先端まで充填不足することなく中実に成型するための射出圧力の管理も難しい。また、放熱性を高めるために放熱フィン25の枚数を増やすと、成型時に金型と樹脂との接触面積が増加する。その結果、成型品の型離れが悪くなり、成型サイクル時間が増加し成型性が落ちる欠点が生ずる。
そこで本実施形態では、図1〜図5に示すように、全ての放熱フィン25に、当該放熱フィン25のフィン根元部25Bからフィン先端25Aに亘って延びる補強リブ92を設けている。放熱フィン25に補強リブ92を設けることで、放熱フィン25が胴体部2についていた場合と同等程度の強度とすることができるとともに樹脂の流れが改善され成型性が向上する。さらに、金型からの製品取り出しの際に補強リブ92のリブ端部93に金型の突き出しピンの押し当てが可能となるため、製品の金型からの取り出しが確実に行うことができるとともに、製品の破損を防止できる。
LEDランプ1は、上述の通り、発光部12にビームランプ用光学部品46を備え、当該ビームランプ用光学部品46によって照射光が所定のビーム開き角の範囲に集中配光されている。
ビームランプ用光学部品46は、図3〜図6に示すように、発光部12が備えるLED15の全てを覆う1枚の光学部品として構成されており、ネジ18によりLED基板16とともにベース板13にネジ止め固定されている。
ビームランプ用光学部品46は、同図に示すように、LED基板16に実装されたLED15ごとに設けられ各LED15の真上に位置するように配置された集中配光光学素子47と、それぞれの集中配光光学素子47を覆って各集中配光光学素子47の出射面47Bに繋がる透光板部48とを備えている。投光部材48の面内には、略中央(すなわち、LED基板16のリード線引出開口17に対応する位置)に貫通孔90が設けられている。
集中配光光学素子47は、図8に示すように、LED15の光軸Kと同軸に配置され、当該LED15の発光を所定の開き角の範囲に収まるように集光して同軸に沿って出力する透過型光学素子であり、集光レンズ49と反射面50とを透明樹脂材により一体に成型して構成されている。
集光レンズ49は、球面状の入射面49Aと平らな出射面49Bとを有する平凸レンズである。集光レンズ49は、LED15の直上に入射面49Aを位置させて光軸Kと同軸に配置され、入射面49Aから入射するLED15の光H1を集光して出射面49Bから出射する。
反射面50は、回転曲面状(例えば、回転放物面、或いは回転楕円面)に形成され、集光レンズ49、及びLED15を内部に含むように光軸Kと同軸に設けられ、集光レンズ49の入射面49Aから反れるLED15の光H2を出射面49Bに向けて反射する。
本実施形態においては、図8に示すように、集光レンズ49のレンズ焦点P1と、反射面50の反射面焦点P2とは、それぞれ凹部50Aの外で光軸K上の互いに異なる位置であって、レンズ焦点P1よりも反射面焦点P2が凹部50Aに近い位置になるように設計されている。
ただし、LEDランプ1にあっては、複数のLED15が設けられているため、LED15が隣接して配置されていると、上記集中配光光学素子47の寸法形状を規定の形状とすることができない。
なお、集光性を問題にしなければ、ランプ量αが反射面50の高さAの約1/2程度を超えて集光レンズ49まで侵入させても良い。しかしながら、図9、及び図10に示すように、反射面50がラップしたラップ領域Raに侵入する光H3は、反射面50で反射されることなく直進するため、ラップ量αを増やし過ぎると、配光が制御されずに出射され迷光の原因となる。したがって、ラップ領域Raを抜けた光による迷光が顕著にならない範囲のラップ量α(本実施形態の構成では、図11に示すように、反射面50の高さAの約3/4程度)とすることが好ましい。
すなわち、本実施形態では、発光素子たるLED15を実装したLED基板16と、当該LED基板16を載置した平板部としてのベース板13と、このベース板13の裏面13Aから延びて終端2Aに口金3が設けられた筒状部としての胴体部2と、を備えたLEDランプ1において、ベース板13の裏面13Aに、胴体部2に沿って延びる複数の放熱フィン25を備え、これら放熱フィン25のそれぞれと胴体部2との間に、放熱フィン25の根元部分であるフィン根元部25Bからフィン先端25Aに亘り隙間を設ける構成とした。
この構成によれば、ベース板13、胴体部2、及び放熱フィン25を含む筐体35への塗料の塗布工程において、放熱フィン25と胴体部2の間に液溜まりが生じることがないため、1回あたりに塗布する液量を多くして塗布回数を抑えることができ、ムラなく簡単に塗料を筐体35に塗布することができる。特に、スプレー等を用いて塗料を吹き付けることで、切離部91を通じて塗料が胴体部2の周囲に回り込み、1回の塗布で広範囲にムラなく塗料を塗ることができる。
さらに、切離部91を設けることで、筐体35の軽量化が図られ、また材料費を抑えることができる。またLEDランプ1の使用時には、放熱フィン25と胴体部2との間に雨水等が溜まることもない。
また、胴体部2から放熱フィン25を放射状に設ける従来構成においては、設置可能な放熱フィン25の枚数が胴体部2の外周長を、放熱フィン25のフィン根元部25Bの成型可能な最小厚みで除算して得られる枚数に制限されるが、放熱フィン25を胴体部2から切り離すことで、放熱フィン25の枚数をより多く設けることができ、放熱性能を高めることができる。
放熱フィン25に補強リブ92を設けることで、放熱フィン25が胴体部2についていた場合と同等程度の強度とすることができるとともに樹脂の流れが改善され、成型性が向上する。さらに、金型からの製品取り出しの際に補強リブ92のリブ端部93に金型の突き出しピンの押し当てが可能となるため、製品の金型からの取り出しが確実に行うことができるとともに、製品の破損を防止できる。
これにより、各集中配光光学素子47を強固に連結することができる。
上述した実施形態では、所定のビーム開き角の範囲に集中配光するビームランプ型のLEDランプ1を説明した。これに対して、本実施形態では、配光がより広いタイプのLEDランプ100について説明する。
これらの図に示すように、第1実施形態で説明したLEDランプ1が発光部12にビームランプ用光学部品46を備えるのに対し、本実施形態のLEDランプ100は、発光部12に反射体21を備える点で相違する。
ただし、ベース板13がトレー状を成すことから、トレー内のLED15の放射光の一部が側壁19に遮蔽される。
そこで、本実施形態では、側壁19で遮光される光線成分をカバー22の側に向けることで照明に有効に利用可能にするために反射体21を発光部12に設けている。具体的には、反射体21は、ベース板13の側壁19に沿って延在し、各LED15を取り囲む環状を成し、各LED15から側壁19に入射する光線成分をカバー22の側に向けて反射する反射面21Aを有する。
なお、反射体21の反射面21Aは、高い反射率が得られるように高反射グレード素材を使用しているが、アルミニウム蒸着等仕様でも良い。また、反射面21Aを限定させても配光が変わらないようにするためカバーには拡散材を添加しているが、ショットを上記カバーに施してもよい。
2 胴体部(筒状部)
2A 終端
2C 先端
3 口金
8 電気回路基板
10 絶縁筒部
12 発光部
13 ベース板(平板部)
13A 裏面
15 LED(発光素子)
16 LED基板
25 放熱フィン
25A フィン先端
25B フィン根元部
35 筐体
60 ランプホルダー
91 切離部
92 補強リブ
93 リブ端部
Claims (2)
- 発光素子を実装した基板と、当該基板を載置した平板部と、前記平板部の裏面から延びて終端に口金が設けられた筒状部と、を備えたランプにおいて、
前記平板部の裏面に、前記筒状部に沿って延びる複数の放熱フィンを備え、
前記放熱フィンのそれぞれと前記筒状部との間には、前記放熱フィンの根元部分から先端に亘り隙間を設けたことを特徴とするランプ。 - 前記放熱フィンの根元部分から先端に亘って補強リブを設けたことを特徴とする請求項1に記載のランプ。
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